Neue Methode könnte den Weg zur Wasserstoffwirtschaft ebnen
Forscher der Washington State University haben einen Weg gefunden, Wasserstoff effizienter aus Wasser zu erzeugen - ein wichtiger Schlüssel, um saubere Energie rentabler zu machen.
WSU-Forscher haben einen Weg gefunden, große Mengen an kostengünstigen Nanoschaumkatalysatoren herzustellen, die die Wasserstofferzeugung in großem Maßstab durch die Spaltung von Wassermolekülen erleichtern können.
Washington State University
Mit preisgünstigem Nickel und Eisen entwickelten die Forscher eine sehr einfache, fünfminütige Methode, um große Mengen eines hochwertigen Katalysators zu erzeugen, der für die elektrochemische Wasserspaltung benötigt wird.
Energieumwandlung und -speicherung ist ein Schlüssel zur sauberen Energiewirtschaft. Da Solar- und Windkraftanlagen nur zeitweise Strom erzeugen, besteht ein dringender Bedarf an Möglichkeiten, den erzeugten Strom zu speichern und zu erhalten. Eine der vielversprechendsten Ideen zur Speicherung erneuerbarer Energien ist es, den überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien zu nutzen, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Wasserstoff hat unzählige Anwendungen in der Industrie und könnte zum Antrieb von Wasserstoff-Brennstoffzellenautos verwendet werden.
In der Industrie ist das Wasserspaltungsverfahren jedoch nicht weit verbreitet, da die Kosten für die benötigten Edelmetallkatalysatoren - in der Regel Platin oder Ruthenium - sehr hoch sind. Viele der Methoden zur Wasserspaltung benötigen auch zu viel Energie, oder die benötigten Katalysatormaterialien zerfallen zu schnell.
In ihrer Arbeit verwendeten die Forscher unter der Leitung von Professor Yuehe Lin von der School of Mechanical and Materials Engineering zwei häufig vorhandene und preiswerte Metalle, um einen porösen Nanoschaum herzustellen, der besser funktionierte als die meisten Katalysatoren, die derzeit verwendet werden, einschließlich derjenigen, die aus den Edelmetallen hergestellt werden. Der Katalysator, den sie geschaffen haben, sieht aus wie ein winziger Schwamm. Mit seiner einzigartigen atomaren Struktur und vielen exponierten Oberflächen im gesamten Material kann der Nanoschaum die wichtige Reaktion mit weniger Energie katalysieren als andere Katalysatoren. Der Katalysator zeigte in einem 12-Stunden-Stabilitäts-Test nur sehr geringe Aktivitätsverluste.
"Wir haben einen sehr einfachen Ansatz gewählt, der leicht in der Großserienproduktion eingesetzt werden kann", sagt Shaofang Fu, ein Doktorand der WSU, der den Katalysator synthetisiert und den Großteil der Aktivitätstests durchgeführt hat.
Die WSU-Forscher arbeiteten an dem Projekt mit Forschern von Advanced Photon Source am Argonne National Laboratory und Pacific Northwest National Laboratory zusammen.
"Die Einrichtung für die Charakterisierung fortschrittlicher Materialien in den nationalen Labors lieferte ein tiefes Verständnis der Zusammensetzung und der Strukturen der Katalysatoren", sagte Junhua Song, ein weiterer Doktorand der WSU, der an der Katalysatorcharakterisierung arbeitete.
Die Forscher suchen nun zusätzliche Unterstützung, um ihre Arbeit für groß angelegte Tests zu erweitern.
"Das ist nur ein Laborversuch, aber das ist sehr vielversprechend", sagt Lin.
Originalveröffentlichung
Shaofang Fu and Junhua Song and Chengzhou Zhu and Gui-Liang Xu and Khalil Amine and Chengjun Sun and Xiaolin Li and Mark H. Engelhard and Dan Du and Yuehe Lin; "Ultrafine and highly disordered Ni2Fe1 nanofoams enabled highly efficient oxygen evolution reaction in alkaline electrolyte"; Nano Energy; 2018
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